Сонячна енергія для сталого сільського господарства

Сонячна енергія стає провідною тенденцією в галузі відновлюваної енергетики, особливо враховуючи різке падіння вартості технологій та поширення переходу на відновлювану енергетику по всьому світу.

Báo Nhân dân•30/11/2025

Сонячна електростанція Dau Tieng, провінція Тайнінь. (Фото: MINH PHUONG)

Сонячна електростанція Dau Tieng, провінція Тайнінь . (Фото: MINH PHUONG)

Сонячна енергія стає провідною тенденцією в галузі відновлюваної енергетики, особливо враховуючи різке падіння вартості технологій та поширення переходу на відновлювану енергетику по всьому світу . Одним з найпоширеніших способів перетворення сонячної енергії на електроенергію для задоволення потреб людства є використання сонячних панелей.

Однак, за словами експертів, розвиток сонячних електростанцій у всьому світі виявляє значні обмеження щодо навколишнього середовища та земельних ресурсів. У процесі виробництва фотоелектричних панелей використовуються токсичні хімічні речовини, такі як хлоридна кислота, сірчана кислота, азотна кислота та фторид водню, які можуть становити ризик для здоров'я, особливо для виробничих робітників. Звіт Інституту енергетичних досліджень (IER) у Сполучених Штатах вказує на те, що сонячні панелі генерують у 300 разів більше небезпечних відходів, ніж атомні електростанції, виробляючи ту саму одиницю енергії. Сонячні панелі, що використовують важкі метали, такі як свинець, хром та кадмій, можуть завдати шкоди ґрунтовому середовищу, якщо їх подрібнити та закопати.

Крім того, великомасштабні сонячні панелі комунального призначення займають багато місця, перешкоджаючи росту рослинності внизу та перетворюючи ці ділянки на безплідну землю.

У В'єтнамі сонячна енергетика стрімко розвивалася останніми роками, особливо в Ніньтхуані, який вважається «столицею сонячної енергетики» країни. Цей бум стався на тлі швидкого економічного зростання, високого попиту на енергію та різкого зниження вартості технологій. Однак масштабні проекти сонячної енергетики займають багато землі, що створює тиск на навколишнє середовище. Більшість проектів не мають планів утилізації сонячних панелей після закінчення терміну їхнього терміну служби, тоді як ці пристрої містять матеріали та важкі метали, які можуть спричинити забруднення, якщо їх утилізувати звичайними методами.

У всьому світі багато дослідницьких груп прагнули подолати обмеження плоских сонячних панелей, використовуючи технологію концентрованої сонячної енергії. Ця технологія фокусує сонячне світло на невеликій площі, щоб значно зменшити кількість необхідних фотоелектричних елементів. Група вчених у Китаї була однією з перших, хто запропонував модель, яка розділяє компоненти сонячного світла, де червоне та синє світло використовуються для сільського господарства, а решта перетворюється на електроенергію. Однак ця модель дуже дорога, оскільки вимагає використання дорогих нанооптичних плівок для розділення світла, має низьку міцність та коефіцієнт фокусування лише в кілька десятків разів, що робить технологію придатною лише для лабораторного використання.

Нещодавно команда авторів з Університету Фенікаа розробила новий підхід, який долає вищезгадані недоліки та підходить для практичних умов, після реалізації проекту «Дослідження, проектування та виготовлення екологічно чистої фотоелектричної сільськогосподарської системи на основі технології концентрованої сонячної енергії», що фінансується Національним фондом розвитку науки і технологій (Nafosted).

Доцент Ву Нгок Хай, керівник проєкту, сказав, що замість використання параболічного жолоба для створення прямолінійної конвергенції, дослідницька група перейшла на лінзу Френеля — оптичний компонент, який є тонким, легким, недорогим і здатним концентрувати світло в невеликій точці з коефіцієнтом конвергенції до сотень разів. Коли світло стискається так сильно, площа необхідного фотоелектричного елемента зменшується в сотні разів, що означає менше матеріалу, менше токсичних хімікатів, менше відходів і нижчі витрати. Ця лінза Френеля також є винаходом команди в рамках цього проєкту.

Доцент Ву Нгок Хай далі пояснив, що в точці конвергенції дослідницька група розмістила напіввідбивне дзеркало для розділення компонентів природного світла. Червоне та синє світло (дві області світла, які рослини сильно поглинають) пропускаються через дзеркало до зони росту. Решта світла, особливо інфрачервона область, яка несе багато теплової енергії, відбивається назад і концентрується на високоефективній сонячній панелі. Розділення компонентів світла в невеликій точці зменшує площу поверхні, що потребує фільтрувального покриття, у 25-30 разів, що дозволяє використовувати більш довговічні, дешевші та промислово вироблені технології покриття. Це значне покращення порівняно з існуючими технологіями у світі.

Розділені джерела червоного та синього світла спрямовуються в оптичні волокна та перерозподіляються за допомогою оптичних структур. Це забезпечує рівномірний розподіл світла на рослини, усуваючи тіні та запобігаючи зниженню врожайності порівняно з моделями з широко розташованими сонячними панелями або панелями, встановленими на дахах теплиць. Високоенергетичне відбите світло перетворюється на електричну енергію з вищою ефективністю, ніж у традиційній технології плоских панелей.

За словами дослідницької групи, ця технологія відкриває потенційні можливості застосування в агрофотоелектричних моделях у В'єтнамі, особливо в районах з високою інтенсивністю радіації та необхідністю поєднання виробництва електроенергії з вирощуванням сільськогосподарських культур. На наступному етапі дослідницька група прагне розробити систему до більш повного рівня, щоб можна було оцінити її практичне застосування з метою передачі технології підприємствам та агрофотоелектричним моделям у країні.

Щоб забезпечити масштабованість, команда співпрацювала з Університетом Мьонджі (Південна Корея) – установою з досвідом в галузі оптики, матеріалів та відновлюваної енергії – для спільної розробки повного прототипу системи для експериментального використання. Ця співпраця дозволила команді проводити вимірювання продуктивності в різних умовах навколишнього середовища, включаючи тропічний клімат Ханоя та помірний клімат Сеула, Південна Корея. Вони оцінили довговічність лінз Френеля та оптичних фільтрів, а також перевірили стабільність розподілу світла по рослинах. Початкові результати випробувань показали, що система забезпечує вищу ефективність перетворення енергії порівняно з традиційними плоскими моделями за тих самих умов випромінювання, забезпечуючи при цьому достатній червоно-зелений спектр для росту рослин, уникаючи локального затінення та не знижуючи врожайність. Початкові успіхи спільної програми були опубліковані в міжнародному журналі Plos One, який посів рейтинг Q1.

За словами представників Національного фонду розвитку науки і технологій, дослідницький проект не лише демонструє доцільність фотоелектричних сільськогосподарських технологій наступного покоління, але й відкриває чудові можливості для В'єтнаму приєднатися до групи країн, які володіють технологією концентрованої сонячної енергії для сталого сільського господарства. З метою подальшої оптимізації оптичних матеріалів, зниження витрат та створення більш масштабних прототипів у період 2025-2027 років очікується, що система зможе пройти польові випробування, бути передана підприємствам та безпосередньо сприяти досягненню цілей В'єтнаму щодо зеленого сільського господарства, циркулярної економіки та відновлюваної енергетики.

СНІЖНЕ СВІТЛО

Джерело: https://nhandan.vn/dien-mat-troi-cho-nong-nghiep-ben-vung-post926876.html